Tính Toán Thiết Bị Lọc Bụi Kiểu Buồng Phun

Thiết bị lọc bụi kiểu buồng phun được sử dụng để lọc bụi thô đồng thời còn làm nguội khói thải. Thiết bị này thường được sử dụng lọc bụi trước khi dòng khói vào thiết bị lọc bụi tĩnh điện nhằm giảm nồng độ bụi ban đầu và điều chỉnh điện trở suất của bụi. Để tìm hiểu về cách tính toán trước khi lắp đặt, mời các bạn cùng Môi trường Hợp Nhất tham khảo nội dung dưới đây.

1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Cấu tạo của thiết bị lọc bụi kiểu buồng phun được thể hiện trên hình 1. Dòng khói lẫn bụi khô được dẫn vào thiết bị đi ngược chiều với dòng nước phun. Tùy theo áp lực nước có thể bố trí các vòi phun xung quanh buồng phun để nước được phun theo phương ngang của dòng khói.

Vận tốc dòng khói trong thiết bị này khoảng 0,6 ÷1,2 m/s. Nếu vận tốc dòng khói quá lớn sẽ cuốn nước ra khỏi thiết bị. Để hạn chế nước bị cuốn có thể sử dụng các tấm chắn nước đặt ở đầu ra của thiết bị.

Ngoài ra, có thể sử dụng bộ phân phối dòng khói đặt ngay ở tiết diện vào của buồng phun để dòng khói được phân phối đồng đều trên tiết diện của thiết bị.

Trở lực buồng phun rỗng không lớn, thông thường từ 15 đến 20mm H2O. Hiệu quả lọc bụi đạt khoảng 50%.

1. Ống dẫn khói và bụi; 2. Nước phun; 3. Ống dẫn khói sạch; 4. Bụi

2. Tính toán thiết bị lọc bụi buồng phun

Tính toán thiết bị lọc bụi kiểu buồng phun được thực hiện theo các bước sau đây;

Xác định nhiệt lượng của dòng khí nhả ra:

Q = Vk(i’K – i’’K) = Vk[Cv(t’ – t’’) + (i’H2O – i’’ H2O)], kW

Trong đó:

• V_k: Lượng khí khô cần làm nguội ở điều kiện tiêu chuẩn, m³/s;
• i’_K, i’’_K: Entanpi của khí vào và ra, kJ/m³;
• C_v: Nhiệt dung riêng thể tích của khí khô ở điều kiện chuẩn, kJ/m³.độ;
• t’, t’’: Nhiệt độ khí vào và ra khỏi tháp rửa, ^oC;

- i’_H2O, i’’_H2O: Entanpi của hơi nước trong dòng khí lúc đầu và kết thúc quá trình làm nguội:

• i’_H2O = (2480 + 1,96t’)d’_H2O, kJ/m³
• i’’_H2O = (2480 + 1,96t’)d’’_H2O, kJ/m³

với d’_H2O và d’’_H2O: Độ chứa hơi lúc ban đầu và cuối quá trình làm nguội có trong khí khô, kg/m³.

2.1. Xác định nhiệt độ nước gia nhiệt

Nếu coi tổn thất nhiệt ra bên ngoài môi trường bằng không thì toàn bộ nhiệt lượng dòng khí nhả ra bằng nhiệt lượng nước giải nhiệt hấp thụ. Tuy nhiên nhiệt độ nước giải nhiệt ra khỏi tháp phun không được lớn hơn giá nhiệt độ nhiệt kế ướt, thông thường nhỏ hơn từ 5 đến 10oC.

Bảng 1: Giá trị nhiệt độ nhiệt kế ướt phụ thuộc vào độ chứa hơi và nhiệt độ của khí nóng

Độ chứa hơi của khí ra khỏi buồng phun tương ứng với nhiệt độ nhiệt kế ướt:

d_H2O = (0,805p_bh)/(p – p_bh), kg/m³

Trong đó:

• p: Áp suất tuyệt đối của khí:
• p = B ± Δp, N/m²
• B: Áp suất khí quyển, M/m²;
• Δp: Áp suất của khí vào tháp phun, dấu “+” là áp suất dư, “-“ là áp suất chân không.
• Pbh: Áp suất bão hòa của hơi nước được xác định theo bảng 2.

Bảng 2: Áp suất nồi hơi nước và độ chứa hơi trong khí bão hòa và áp suất hỗn hợp 760 mmHg

2.2. Độ chênh nhiệt độ logarit của dòng khói và nước

Δt = [(t’_K - t’’_H2O) – (t’’_K - t’_H2O)]/ln[(t’_K - t’’_H2O)/ t’’_K - t’_H2O)]

Trong đó:

• t’_K và t’’_K: Nhiệt độ dòng khói vào và ra khỏi thiết bị;
• t’_H2O và t’’_H2O: Nhiệt độ nước vào và ra khỏi thiết bị.

2.3. Thể tích của thiết bị được xác định theo phương trình

V = Q/kΔt, m³

Trong đó:

k: Hệ số truyền nhiệt theo thể tích trong buồng phun phụ thuộc vào đặc tính và nhiệt độ của dòng khói. Hệ số k tăng khi tăng tốc độ dòng khói trong tháp và tăng mật độ tưới trong ống phun. Giá trị k thường nằm trong khoảng 58,5 đến 235 W/m³. độ hoặc 50 đến 200 kcal/m³.h.độ.

Công thức (V = Q/kΔt, m3) được tính cho trường hợp nếu xem tổn thất ra ngoài môi trường bằng ).

2.4. Xác định lưu lượng vào thiết bị

G = Q/[φC_p(t’’_H2O - t’_H2O), kg/s

Trong đó:

φ: Hệ số bốc hơi của nước, thông thường φ = 0,5.

Từ các kết quả tính toán V, G sẽ xác định được kích thước hình học của phun.

2.5. Hiệu quả lọc của thiết bị lọc bụi

- Hiệu quả lọc của buồng phun được xác định theo công thức:

η = (C₁ – C₂)/C1 = 1 – exp[-(3/2)(η_eV_nꞷb)/d_nVK_ꞷnH)

Trong đó:

• C1, C2: Nồng độ của bụi khi vào và ra buồng phun, kg/m3;
• ηe: Hiệu quả thu giữ bụi của giọt nước hình cầu, phụ thuộc vào đường kính giọt nước và được xác định theo hình 2.

Hình 2: Biểu đồ xác định hệ số hiệu quả ηe do va đập quán tính giữa hạt bụ và giọt nước trong buồng mưa khử bụi

• V_n: Lưu lượng thể tích của nước: Vn = αꞷnS, m3/s;
• α: Tỷ lệ giữa thể tích của nước/thể tích buồng phun;
• S: Diện tích tiết diện buồng phun, m²;
• ꞷ_b: Vận tốc tương đối của hạt bụi đối với giọt nước: ꞷ_b = ꞷ_K + ꞷ_n, m/s
• V_k: Lưu lượng khói, m³/s;
• d_n: Đường kính giọt nước, m.

Đường kính giọt nước d_n được xác định theo công thức thực nghiệm và lý thuyết của Nukiyama – Tanasawa:

d_n = ((585.10^-3/ꞷK –n)√(σ/ρ_n)) + 53,4(μ_n/√(σρ_n)^0,45(V_n/V_k)^1,5

Với ưu điểm là hiệu suất lọc sạch bụi lên đến 90% và khả năng xử lý khí độc, thiết bị lọc bụi kiểu buồng phun thường được ứng dụng trong xử lý khí thải tại các nhà máy: hóa chất, lò hơi, lò luyện kim, lò đúc, sơn tĩnh điện, v.v…

dn = (5.10^-3/ꞷ_{K –n}) + 0,94 (V_n/V_k)^1,5

Ngoài thiết bị lọc bụi kiểu buồng phun, các bạn cũng có thể tìm hiểu thêm các phương pháp xử lý bụi, khí thải khác tại chuyên mục tin tức của website: moitruonghopnhat.com.

Bộ phận Marketing & Truyền thông